JP2021502667A - Zinc-iodide flow battery - Google Patents

Zinc-iodide flow battery Download PDF

Info

Publication number
JP2021502667A
JP2021502667A JP2020524473A JP2020524473A JP2021502667A JP 2021502667 A JP2021502667 A JP 2021502667A JP 2020524473 A JP2020524473 A JP 2020524473A JP 2020524473 A JP2020524473 A JP 2020524473A JP 2021502667 A JP2021502667 A JP 2021502667A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
electrode side
negative electrode
zinc
iodide
positive electrode
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2020524473A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP7035181B2 (en
Inventor
李先鋒
謝聰▲しん▼
張華民
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Dalian Institute of Chemical Physics of CAS
Original Assignee
Dalian Institute of Chemical Physics of CAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from CN201711090856.2A external-priority patent/CN109755620B/en
Priority claimed from CN201711091359.4A external-priority patent/CN109755604B/en
Application filed by Dalian Institute of Chemical Physics of CAS filed Critical Dalian Institute of Chemical Physics of CAS
Publication of JP2021502667A publication Critical patent/JP2021502667A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP7035181B2 publication Critical patent/JP7035181B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/18—Regenerative fuel cells, e.g. redox flow batteries or secondary fuel cells
    • H01M8/184—Regeneration by electrochemical means
    • H01M8/188—Regeneration by electrochemical means by recharging of redox couples containing fluids; Redox flow type batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/8605—Porous electrodes
    • H01M4/8615—Bifunctional electrodes for rechargeable cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/96—Carbon-based electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04186—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of liquid-charged or electrolyte-charged reactants
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04201—Reactant storage and supply, e.g. means for feeding, pipes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/1009—Fuel cells with solid electrolytes with one of the reactants being liquid, solid or liquid-charged
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/1016—Fuel cells with solid electrolytes characterised by the electrolyte material
    • H01M8/1018—Polymeric electrolyte materials
    • H01M8/102—Polymeric electrolyte materials characterised by the chemical structure of the main chain of the ion-conducting polymer
    • H01M8/1023—Polymeric electrolyte materials characterised by the chemical structure of the main chain of the ion-conducting polymer having only carbon, e.g. polyarylenes, polystyrenes or polybutadiene-styrenes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/1016—Fuel cells with solid electrolytes characterised by the electrolyte material
    • H01M8/1018—Polymeric electrolyte materials
    • H01M8/102—Polymeric electrolyte materials characterised by the chemical structure of the main chain of the ion-conducting polymer
    • H01M8/1027—Polymeric electrolyte materials characterised by the chemical structure of the main chain of the ion-conducting polymer having carbon, oxygen and other atoms, e.g. sulfonated polyethersulfones [S-PES]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/1016—Fuel cells with solid electrolytes characterised by the electrolyte material
    • H01M8/1018—Polymeric electrolyte materials
    • H01M8/102—Polymeric electrolyte materials characterised by the chemical structure of the main chain of the ion-conducting polymer
    • H01M8/103—Polymeric electrolyte materials characterised by the chemical structure of the main chain of the ion-conducting polymer having nitrogen, e.g. sulfonated polybenzimidazoles [S-PBI], polybenzimidazoles with phosphoric acid, sulfonated polyamides [S-PA] or sulfonated polyphosphazenes [S-PPh]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/1016—Fuel cells with solid electrolytes characterised by the electrolyte material
    • H01M8/1018—Polymeric electrolyte materials
    • H01M8/1041—Polymer electrolyte composites, mixtures or blends
    • H01M8/1044—Mixtures of polymers, of which at least one is ionically conductive
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/1016—Fuel cells with solid electrolytes characterised by the electrolyte material
    • H01M8/1018—Polymeric electrolyte materials
    • H01M8/1041—Polymer electrolyte composites, mixtures or blends
    • H01M8/1053—Polymer electrolyte composites, mixtures or blends consisting of layers of polymers with at least one layer being ionically conductive
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/1016—Fuel cells with solid electrolytes characterised by the electrolyte material
    • H01M8/1018—Polymeric electrolyte materials
    • H01M8/1058—Polymeric electrolyte materials characterised by a porous support having no ion-conducting properties
    • H01M8/106—Polymeric electrolyte materials characterised by a porous support having no ion-conducting properties characterised by the chemical composition of the porous support
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M2008/1095—Fuel cells with polymeric electrolytes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2300/00—Electrolytes
    • H01M2300/0002—Aqueous electrolytes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2300/00—Electrolytes
    • H01M2300/0017—Non-aqueous electrolytes
    • H01M2300/0065—Solid electrolytes
    • H01M2300/0082—Organic polymers
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Hybrid Cells (AREA)
  • Inert Electrodes (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

本発明は、亜鉛−ヨウ化物シングルフロー電池又は亜鉛−ヨウ化物デュアルフロー電池である亜鉛−ヨウ化物フロー電池に関する。これは、１のシングル電池又は直列に接続された３以上のシングル電池の回路に構成されたセルスタックを備える。上記シングルフロー電池は、順次積層された、正電極側エンドプレート、正電極側及び負電極側集電体、フローフレーム付きの正電極、隔膜、フローフレーム付きの負電極、負電極側エンドプレートを備えている。負電極側電解質溶液貯蔵タンク内の電解質溶液において、上記電解液は、ポンプによって負電極側キャビティと上記タンクとの間を循環し、且つ上記正電極側電解液の循環用の分岐配管が負電極側配管上に設けられている。上記デュアルフロー電池の上記正電極側電解質溶液及び上記負電極側電解質溶液は同じであり、両方ともヨウ化塩と亜鉛塩の混合水溶液であり、且つ上記隔膜はイオン交換基を有さない多孔質膜である。さらに、上記正及び負電極側電解質溶液は両方とも中性であり、従来のフロー電池の強酸及び強アルカリの電解液の問題を克服し、同時に、本電池は、高電流密度、長サイクル寿命、及び低コストを実現している。The present invention relates to a zinc-iodide flow battery which is a zinc-iodide single flow battery or a zinc-iodide dual flow battery. It comprises a cell stack configured in the circuit of one single battery or three or more single batteries connected in series. The single-flow battery includes a positive electrode side end plate, a positive electrode side and a negative electrode side current collector, a positive electrode with a flow frame, a diaphragm, a negative electrode with a flow frame, and a negative electrode side end plate, which are sequentially laminated. I have. In the electrolyte solution in the negative electrode side electrolyte solution storage tank, the electrolyte solution is circulated between the negative electrode side cavity and the tank by a pump, and the branch pipe for circulation of the positive electrode side electrolyte solution is a negative electrode. It is provided on the side piping. The positive electrode side electrolyte solution and the negative electrode side electrolyte solution of the dual flow battery are the same, both are mixed aqueous solutions of iodide salt and zinc salt, and the diaphragm is porous without an ion exchange group. It is a membrane. Furthermore, both the positive and negative electrode side electrolyte solutions are neutral, overcoming the problems of strong acid and strong alkaline electrolytes of conventional flow batteries, and at the same time, this battery has a high current density, long cycle life, And low cost is realized.

Description

本発明は、フロー電池の分野、特に亜鉛−ヨウ化物フロー電池の分野に関する。 The present invention relates to the field of flow batteries, particularly the field of zinc-iodide flow batteries.

化石エネルギーの大量消費は、エネルギー危機及び環境問題を引き起こしている。再生可能エネルギーの開発及び利用は、世界中で大きな注目を集めている。しかし、再生可能エネルギー（例えば、風力及び太陽エネルギー）の不連続性及び不安定性はその利用を困難にする。したがって、大規模エネルギー貯蔵技術による再生可能エネルギーの継続的な供給の実現は、上記の問題を解決するための鍵である。柔軟な設計（エネルギーと電力は別々に設計される）、高い安全性、長いサイクリング寿命、地形に制限されないという利点により、フロー電池は大規模なエネルギー貯蔵に最適な技術の1つになっている。その中でも、全てのバナジウムフロー電池は、その独自の技術的利点を有する商用デモ段階に入っている。 Mass consumption of fossil energy is causing energy crisis and environmental problems. The development and use of renewable energy has received a great deal of attention around the world. However, the discontinuity and instability of renewable energies (eg wind and solar energies) make their use difficult. Therefore, the realization of a continuous supply of renewable energy through large-scale energy storage technology is the key to solving the above problems. The flexible design (energy and power are designed separately), high safety, long cycling life, and terrain-agnostic advantages make flow batteries one of the best technologies for large-scale energy storage. .. Among them, all vanadium flow batteries are in the commercial demonstration stage with their unique technical advantages.

現在、比較的成熟したフローシステム技術は、全てのバナジウムフロー電池、亜鉛−臭素フロー電池、多硫化ナトリウム−臭素及びその他のシステムを包含している。しかし、バナジウムフロー電池に関しては、電解液の高コスト、酸性度、及び腐食性、並びに強酸化性の硫酸とＶＯ２ ＋により、隔膜に対して高い要件が求められる。亜鉛−臭素及び多硫化ナトリウム−臭素フロー電池は、充電プロセス中に腐食性の臭素を発生する。同時に、Ｂｒ２の高い蒸気圧、激しい揮発性、環境汚染をさらに考慮しなければならない。 Currently, relatively mature flow system technologies include all vanadium flow batteries, zinc-bromine flow batteries, sodium sulfide-bromine and other systems. However, for the vanadium flow battery, the high cost of the electrolytic solution, acidity, and the corrosion resistance, and strongly oxidizing sulfuric acid and VO 2 +, high requirements are determined relative to the diaphragm. Zinc-bromine and sodium polysulfide-bromine flow batteries generate corrosive bromine during the charging process. At the same time, the high vapor pressure of Br 2 , severe volatility and environmental pollution must be further considered.

亜鉛−ヨウ化物フロー電池は、中性の亜鉛とヨウ化塩（ヨウ化物）を電解質として使用する。これは、溶解度とエネルギー密度が高いという利点がある。Ｃｌ２やＢｒ２と比較して、ヨウ素は腐食性が少ない。一方、ヨウ素はＩ３ −の形で存在し、蒸気圧がはるかに低いために、亜鉛−ヨウ化物フロー電池は有望なシステムになる。一般的なフロー電池と同様に、亜鉛−ヨウ化物フロー電池（ＰＣＴ出願においては「亜鉛−ヨウ化物デュアルフロー電池」に置き換えられた）は、デュアルポンプ及び配管設計を採用している。充放電プロセス中、正及び負電極側電解液は、電池キャビティと電解液貯蔵タンクの間を循環する。しかし、電池は、電解液循環システム（例えば、ポンプや貯蔵タンク）を必要とするため、このシステムのエネルギー効率を低下させる。一方、電池補助装置（例えば、ポンプや貯蔵タンク）は、電池システムを複雑にし、このシステムのエネルギー密度を低下させる。したがって、デュアルフローシステムに基づくシングルフロー電池及びこのシステムのエネルギー損失の削減の研究は、システム全体のエネルギー利用効率とエネルギー密度を改善するための重要な方法である。さらに、現在報告されている亜鉛−ヨウ化物デュアルフロー電池は、高価なナフィオン（Nafion（商標））膜を通常使用するが、上記のイオン交換膜は、亜鉛−ヨウ化物システムにおいて簡単に汚染され、オーム抵抗の増加と電池のサイクル安定性の低下を引き起こす。さらに、亜鉛−ヨウ化物フロー電池は、電解質としてＺｎＩ２を使用しており、これは空気によって容易に酸化されてＺｎＯ沈殿物を生成する。同時に、Ｉ２が正電極に付着し、これにより電解液の安定性、さらにはサイクル寿命も制限される。したがって、報告されている動作電流密度は、１０ｍＡ／ｃｍ２未満であり、低電力密度である。 Zinc-iodide flow batteries use neutral zinc and iodide salts (iodide) as electrolytes. This has the advantage of high solubility and high energy density. Iodine is less corrosive than Cl 2 and Br 2 . Meanwhile, iodine I 3 - present in the form of, due to the much lower vapor pressure of zinc - iodide flow battery is a promising system. Like common flow batteries, zinc-iodide flow batteries (replaced by "zinc-iodide dual flow batteries" in PCT applications) employ dual pump and piping designs. During the charge / discharge process, the positive and negative electrode side electrolytes circulate between the battery cavity and the electrolyte storage tank. However, batteries require an electrolyte circulation system (eg, a pump or storage tank), which reduces the energy efficiency of this system. Battery assist devices (eg, pumps and storage tanks), on the other hand, complicate the battery system and reduce the energy density of the system. Therefore, research on single-flow batteries based on dual-flow systems and energy loss reduction in this system is an important way to improve the energy utilization efficiency and energy density of the entire system. In addition, currently reported zinc-iodide dual flow batteries typically use expensive Nafion ™ membranes, whereas the above ion exchange membranes are easily contaminated in zinc-iodide systems. Causes increased iodide resistance and reduced battery cycle stability. In addition, zinc-iodide flow batteries use ZnI 2 as the electrolyte, which is easily oxidized by air to form a ZnO precipitate. At the same time, I 2 adheres to the positive electrode, which limits the stability of the electrolyte and also the cycle life. Therefore, the reported operating current densities are less than 10 mA / cm 2 and are low power densities.

上記の問題を解決するため、本発明の内容は以下の通りである。 In order to solve the above problems, the contents of the present invention are as follows.

亜鉛−ヨウ化物フロー電池は、シングル電池又はスタックのいずれかを含む。上記シングルフロー電池は、多孔質電極と、電解液で満たされている正電極側のキャビティとを含んでいる。亜鉛−ヨウ化物デュアルフロー電池において、正又は負電極側の電解液が、電池内部及び貯蔵タンク内をポンプ及び配管を介して循環する。シングルフロー電池の場合、正電極側にはポンプ又は配管はなく、電解液は多孔質電極及びキャビティに保存される。負電極側については、電池内及び負電極側貯蔵タンク内の電解液は、ポンプ及び配管を介して循環することができ、且つ上記配管は、正電極側電解液の循環用の分岐部を備えている。上記デュアルフロー電池は、また正及び負電極側電解液貯蔵タンクを備え、それらは各々正及び負電極側電解液を含む。 Zinc-iodide flow batteries include either single batteries or stacks. The single-flow battery includes a porous electrode and a cavity on the positive electrode side filled with an electrolytic solution. In a zinc-iodide dual flow battery, the electrolytic solution on the positive or negative electrode side circulates inside the battery and inside the storage tank via a pump and piping. In the case of a single flow battery, there is no pump or piping on the positive electrode side, and the electrolyte is stored in the porous electrode and cavity. On the negative electrode side, the electrolytic solution in the battery and the storage tank on the negative electrode side can be circulated via the pump and the pipe, and the pipe is provided with a branch portion for circulating the electrolytic solution on the positive electrode side. ing. The dual flow battery also comprises positive and negative electrode side electrolyte storage tanks, which contain positive and negative electrode side electrolytes, respectively.

上記電池が充電されるとき、Ｉ−は上記正電極上でＩ３ −又はＩ２へと酸化され、上記負電極上のＺｎ２＋はＺｎへと還元される。放電中、正電極側電解質はI−へと還元され、ＺｎはＺｎ２＋へと酸化される。正電極と負電極との間の隔膜は、支持電解質を伝導しつつ、Ｉ３ −が負電極に移動するのを防ぐ。 When the battery is charged, I − is oxidized to I 3 − or I 2 on the positive electrode, and Zn 2+ on the negative electrode is reduced to Zn. During the discharge, the positive electrode side electrolyte is reduced to I − , and Zn is oxidized to Zn 2+ . The diaphragm between the positive and negative electrodes conducts the supporting electrolyte while preventing I 3 − from moving to the negative electrode.

上記デュアルフロー電池と比較すると、上記亜鉛−ヨウ化物シングルフロー電池は、正電極側貯蔵タンク及び正電極側のポンプを除去し、上記正電極側電解液は、正電極側多孔質電極内に密封されている。さらに、上記負電極側パイプには、正電極側電解液循環のための分岐管が設けられている。上記シングルフロー電池の構造は、正及び負電極側のエンドプレート、隔膜、正電極、負電極、集電体、フローフレーム、ポンプ、及び配管を含む。上記デュアルフロー電池の構造は、正電極側エンドプレート、負電極側エンドプレート、隔膜、正電極、負電極、集電体、フローフレーム、ポンプ、配管を含む。 Compared with the dual flow battery, the zinc-iodide single flow battery removes the positive electrode side storage tank and the positive electrode side pump, and the positive electrode side electrolytic solution is sealed in the positive electrode side porous electrode. Has been done. Further, the negative electrode side pipe is provided with a branch pipe for circulating the positive electrode side electrolytic solution. The structure of the single flow battery includes end plates on the positive and negative electrode sides, a diaphragm, positive electrodes, negative electrodes, a current collector, a flow frame, a pump, and piping. The structure of the dual flow battery includes a positive electrode side end plate, a negative electrode side end plate, a diaphragm, a positive electrode, a negative electrode, a current collector, a flow frame, a pump, and piping.

正電極側電解液組成物は、ヨウ化塩、亜鉛塩、及び支持電解質を含む。ヨウ化塩は、２〜８ mol／Ｌの濃度を有する、ＣａＩ２、ＭｇＩ２、ＫＩ、及びＮａＩの1つ以上である。負電極側電解液中の活物質は、Ｚｎ(ＮＯ３)２、ＺｎＢｒ２、ＺｎＳＯ４、ＺｎＣｌ２の1つ以上であり、濃度は１〜４ mol／Ｌ、デュアルフロー電池の電解液中のヨウ化物と亜鉛のモル比は、２：１であり、シングルフロー電池の支持電解質は、ＫＣｌ、ＫＢｒ、ＮａＣｌの1つ以上であり、濃度は１〜２ mol／Ｌである。これらのうち、ＫＩは好ましいヨウ化塩であり、ＺｎＢｒ２は好ましい亜鉛塩であり、ＫＣｌは好ましい支持電解質であり且つ濃度はデュアルフロー電池では１ mol／Ｌである。 The positive electrode side electrolyte composition contains an iodinated salt, a zinc salt, and a supporting electrolyte. The iodide salt is one or more of CaI 2 , MgI 2 , KI, and NaI having a concentration of 2-8 mol / L. The active material in the negative electrode side electrolyte is one or more of Zn (NO 3 ) 2 , ZnBr 2 , ZnSO 4 , and ZnCl 2 , and the concentration is 1 to 4 mol / L in the electrolyte of the dual flow battery. The molar ratio of iodide to zinc is 2: 1, the supporting electrolyte of the single-flow battery is one or more of KCl, KBr, and NaCl, and the concentration is 1 to 2 mol / L. Of these, KI is the preferred iodide salt, ZnBr 2 is the preferred zinc salt, KCl is the preferred supporting electrolyte, and the concentration is 1 mol / L in the dual flow battery.

電極材料は、カーボンフェルト、グラファイトプレート、金属プレート又はカーボンクロスのうちの１つである。電極材料は、好ましくはカーボンフェルトである。 The electrode material is one of carbon felt, graphite plate, metal plate or carbon cloth. The electrode material is preferably carbon felt.

上記亜鉛−ヨウ化物フロー電池に関しては、上記亜鉛−ヨウ化物シングルフロー電池に使用される隔膜は、イオン交換基を有さない多孔質膜又は複合膜である。デュエルフロー電池に使用される隔膜は、イオン交換基を有さない多孔質膜又は複合膜である。基板は多孔質膜であり、そこの隔膜は、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリスルホン（ＰＳ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）の1つ以上を含む。膜厚は１００〜１０００μｍ、好ましくは５００〜１０００μｍ、である。細孔径は約１０〜１００ｎｍで、３０％〜７０％の多孔率である。ポリエチレン（ＰＥ）及びポリプロピレン（ＰＰ）は、好ましい多孔質基材である。さらに、亜鉛−ヨウ化物シングルフロー電池の場合、多孔質隔膜は、電池のクーロン効率（充放電効率ともいう）を向上させるために、緻密なポリマー層でコーティングされ、その材料は、ポリベンズイミダゾール（ＰＢＩ）、ナフィオン樹脂、（ポリテトラフルオロエチレン）ＰＴＦＥを含む。ナフィオン樹脂が好ましく、そのコーティングの厚さは、１〜１０μｍである。 Regarding the zinc-iodide flow battery, the diaphragm used in the zinc-iodide single flow battery is a porous membrane or a composite membrane having no ion exchange group. The diaphragm used in the duel flow battery is a porous membrane or a composite membrane having no ion exchange group. The substrate is a porous film, and the diaphragm thereof is 1 of polyethersulfone (PES), polyethylene (PE), polypropylene (PP), polysulfone (PS), polyetherimide (PEI), and polyvinylidene fluoride (PVDF). Including one or more. The film thickness is 100 to 1000 μm, preferably 500 to 1000 μm. The pore diameter is about 10 to 100 nm, and the porosity is 30% to 70%. Polyethylene (PE) and polypropylene (PP) are preferred porous substrates. Furthermore, in the case of zinc-iodide single-flow batteries, the porous diaphragm is coated with a dense polymer layer to improve the battery's Coulomb efficiency (also referred to as charge / discharge efficiency), the material of which is polybenzimidazole PBI), Nafion resin, (polytetrafluoroethylene) PTFE. Nafion resin is preferred, and the coating thickness thereof is 1 to 10 μm.

本発明は、以下の有益な効果を有する。 The present invention has the following beneficial effects.

１．上記デュアルフロー電池と比較して、亜鉛−ヨウ化物シングルフロー電池の構造は、大幅に簡素化され、電池のエネルギー密度を向上させている。同時に、システムのエネルギー損失が減少させられ、そのことはシステムのエネルギー効率を向上させる。さらに、電解質の濃度が非常に高く、このことはシングルフロー電池の設計に適している。デュアルフロー電池と同じように、亜鉛−ヨウ化物シングルフロー電池は、電解液の強い酸及びアルカリの問題を解決し、電解液のコストは比較的低くなる。同時に、電池の高電流密度及び出力密度（パワー密度ともいう）もまた達成されうる。 1. 1. Compared with the above dual flow battery, the structure of the zinc-iodide single flow battery is greatly simplified and the energy density of the battery is improved. At the same time, the energy loss of the system is reduced, which improves the energy efficiency of the system. In addition, the concentration of electrolyte is very high, which is suitable for the design of single flow batteries. Like dual-flow batteries, zinc-iodide single-flow batteries solve the problem of strong acids and alkalis in the electrolyte, and the cost of the electrolyte is relatively low. At the same time, high current density and output density (also referred to as power density) of the battery can also be achieved.

２．正及び負電極側電解液は同じであり、正及び負電極側電解液の浸透圧が似ているため、クロスオーバーの問題が効果的に緩和される。したがって、クーロン効率を大幅に改善でき、電解液の移動によるシステム保守コストを効果的に削減できる。さらに、電解液はオンラインで回収されうるため、電解液の交換コストが大幅に節約され、優れたアプリケーションの見通しが示される。 2. 2. Since the positive and negative electrode side electrolytes are the same and the osmotic pressures of the positive and negative electrode side electrolytes are similar, the problem of crossover is effectively alleviated. Therefore, the Coulomb efficiency can be significantly improved, and the system maintenance cost due to the movement of the electrolytic solution can be effectively reduced. In addition, the electrolyte can be recovered online, significantly reducing the cost of exchanging the electrolyte and providing excellent application prospects.

３．ヨウ化塩及び亜鉛塩は、低コストで環境に優しいデュアルフロー電池の反応物として用いられうる。亜鉛塩及びヨウ化塩の高い溶解度は、高エネルギー密度を達成した。さらに、電解質の高い電気化学的活性により、電池の高い電流密度及び出力密度が可能になる。同時に、電解質のごくわずかな腐食性は環境負荷を大幅に減らすことができる。発明された亜鉛−ヨウ化物フロー電池は、電解質の強い酸及びアルカリの問題を解決する。さらに、支持電解質は、電解液の導電率を向上させ、電圧効率を向上させうる。 3. 3. Iodine salts and zinc salts can be used as low cost and environmentally friendly dual flow battery reactants. The high solubility of zinc and iodide salts achieved high energy densities. In addition, the high electrochemical activity of the electrolyte allows for high current and output densities of the battery. At the same time, the slight corrosiveness of the electrolyte can significantly reduce the environmental burden. The invented zinc-iodide flow battery solves the problem of strong acid and alkali of electrolytes. Further, the supporting electrolyte can improve the conductivity of the electrolytic solution and improve the voltage efficiency.

４．低コストの多孔質隔膜は、従来のナフィオン１１５膜に取って代わり、スタックのコストを大幅に削減する。さらに、隔膜の多孔質構造は中性イオンの伝導性を改善し、電池の電流密度は１４０ｍＡ／ｃｍ２に達する可能性があり、これは電圧効率の大幅な改善を意味する。最も重要なのは、多孔質膜の多孔質構造が酸化されたＩ３ −で満たされていることである。これにより、過充電後のデンドライト（樹枝状結晶）亜鉛によって引き起こされる短絡の問題が緩和されるため、電池が自己回復し、電池の安定性が大幅に向上する。さらに、ナフィオン被膜はＩ２／Ｉ３ −クロスオーバーを効果的に軽減し、シングルフロー電池のクーロン効率を大幅に（９８％以上）改善する。 4. The low-cost porous diaphragm replaces the conventional Nafion 115 membrane and significantly reduces the cost of the stack. In addition, the porous structure of the diaphragm improves the conductivity of neutral ions, and the current density of the battery can reach 140 mA / cm 2 , which means a significant improvement in voltage efficiency. Most importantly, the porous structure of the porous membrane is I 3 which is oxidized - is that filled with. This alleviates the problem of short circuits caused by dendrite zinc after overcharging, allowing the battery to self-heal and significantly improve battery stability. Moreover, Nafion coating I 2 / I 3 - to reduce the cross-over effect to significantly (98%) the coulomb efficiency of the single-flow cell improves.

５．従来の亜鉛−ヨウ化物フロー電池は、反応物としてＺｎＩ２を使用する。これは、室温で酸化されてＺｎＯになる傾向があり、電池のサイクル安定性を低下させる。ＺｎＩ２をＫＩで置き換えることは、正電極側電解液の安定性を大幅に向上させ、且つＫＩの価格はＺｎＩ２の価格よりもはるかに安いため、電解液のコストを大幅に削減できる。 5. Conventional zinc-iodide flow batteries use ZnI 2 as the reactant. This tends to oxidize to ZnO at room temperature, reducing the cycle stability of the battery. Replacing ZnI 2 with KI greatly improves the stability of the positive electrode side electrolytic solution, and the price of KI is much lower than the price of ZnI 2 , so that the cost of the electrolytic solution can be significantly reduced.

６．ＺｎＢｒ２によるＢｒ−の導入は、Ｉ２と錯化してＩ２Ｂｒ−を形成し、電池が高ＳＯＣ及び高電流密度で動作するときにＩ２の沈殿を抑制し、電池のサイクル安定性を大幅に改善する。 6. Br by ZnBr 2 - introduction of, I 2 Br complexed with I 2 - to form the battery suppresses the precipitation of I 2 when operating at high SOC and high current density, the cycle stability of the battery Significantly improved.

本発明の亜鉛−ヨウ化物シングルフロー電池の構成図である。この図の中で、参照符号１は夫々正及び負電極側の二極のプレートを指し、参照符号２は正及び負電極側の各集電体を指し、参照符号３は正及び負電極側の各フローフレームを指し、参照符号４は隔膜である。参照符号５は正電極側電解液の入口バルブ及び出口バルブを指し。参照符号６は電解液貯蔵タンクであり、参照符号７はポンプである。It is a block diagram of the zinc-iodide single flow battery of this invention. In this figure, reference numeral 1 refers to a bipolar plate on the positive and negative electrode sides, reference numeral 2 refers to each current collector on the positive and negative electrode sides, and reference numeral 3 refers to the positive and negative electrode sides. Refers to each flow frame of, and reference numeral 4 is a diaphragm. Reference numeral 5 refers to an inlet valve and an outlet valve of the positive electrode side electrolytic solution. Reference numeral 6 is an electrolyte storage tank, and reference numeral 7 is a pump. 実施例１による亜鉛−ヨウ化物シングルフロー電池のシングル電池サイクル性能図である。正及び負電極側の電解質は、ＺｎＢｒ２：４Ｍ、ＫＩ：８Ｍ、ＫＣｌ：１Ｍであり、多孔質膜は９００μｍの厚さを有する。It is a single battery cycle performance diagram of the zinc-iodide single flow battery according to Example 1. The electrolytes on the positive and negative electrode sides are ZnBr 2 : 4M, KI: 8M, KCl: 1M, and the porous membrane has a thickness of 900 μm. 実施例１による亜鉛−ヨウ化物シングルフロー電池のエネルギー密度図である。正及び負電極側の電解質はＺｎＢｒ２：４Ｍ、ＫＩ：８Ｍ、ＫＣｌ：１Ｍであり、多孔質膜は９００μｍの厚さを有する。FIG. 5 is an energy density diagram of a zinc-iodide single flow battery according to Example 1. The electrolytes on the positive and negative electrode sides are ZnBr 2 : 4M, KI: 8M, KCl: 1M, and the porous membrane has a thickness of 900 μm. 実施例３による亜鉛−ヨウ化物シングルフロー電池のサイクル性能図である。正及び負電極側の電解質は、ＺｎＢｒ２：４Ｍ、ＫＩ：８Ｍ、ＫＣｌ：１Ｍであり、多孔質膜は５００μｍの厚さを有する。It is a cycle performance diagram of the zinc-iodide single flow battery according to Example 3. The electrolytes on the positive and negative electrode sides are ZnBr 2 : 4M, KI: 8M, KCl: 1M, and the porous membrane has a thickness of 500 μm. 実施例５による亜鉛−ヨウ化物シングルフロー電池のサイクル性能図である。正及び負電極側の電解質は、ＺｎＣｌ２：４Ｍ、ＫＩ：８Ｍ、ＫＣｌ：１Ｍであり、多孔質隔膜は９００μｍの厚さを有する。It is a cycle performance diagram of the zinc-iodide single flow battery according to Example 5. The electrolytes on the positive and negative electrode sides are ZnCl 2 : 4M, KI: 8M, KCl: 1M, and the porous diaphragm has a thickness of 900 μm. 実施例７による亜鉛−ヨウ化物シングルフロー電池のサイクル性能図である。正及び負電極側の電解質は、ＺｎＢｒ２：４Ｍ、ＮａＩ：８Ｍ、ＫＣｌ：１Ｍであり、多孔質隔膜は９００μｍの厚さを有する。It is a cycle performance diagram of the zinc-iodide single flow battery according to Example 7. The electrolytes on the positive and negative electrode sides are ZnBr 2 : 4M, NaI: 8M, KCl: 1M, and the porous diaphragm has a thickness of 900 μm. 実施例７による亜鉛−ヨウ化物シングルフロー電池のエネルギー密度図である。正及び負電極側の電解質は、ＺｎＢｒ２：４Ｍ、ＮａＩ：８Ｍ、ＫＣｌ：１Ｍであり、多孔質隔膜は９００μｍの厚さを有する。FIG. 5 is an energy density diagram of a zinc-iodide single flow battery according to Example 7. The electrolytes on the positive and negative electrode sides are ZnBr 2 : 4M, NaI: 8M, KCl: 1M, and the porous diaphragm has a thickness of 900 μm. 比較例２による亜鉛−ヨウ化物シングルフロー電池のサイクル性能図である。正及び負電極側の電解質はＺｎＩ２：４Ｍであり、多孔質膜は９００μｍの厚さを有する。It is a cycle performance diagram of the zinc-iodide single flow battery according to Comparative Example 2. The electrolyte on the positive and negative electrode sides is ZnI 2 : 4M, and the porous membrane has a thickness of 900 μm. 比較例３による亜鉛−ヨウ化物シングルフロー電池のサイクル性能図である。正及び負電極側の電解質は、ＺｎＢｒ２：４Ｍ、ＮａＩ：８Ｍ、ＫＣｌ：１Ｍであり、ナフィオン（Nafion（商標））１１５膜の厚は１２５μｍである。It is a cycle performance diagram of the zinc-iodide single flow battery according to Comparative Example 3. The electrolytes on the positive and negative electrode sides are ZnBr 2 : 4M, NaI: 8M, KCl: 1M, and the thickness of the Nafion (trademark) 115 film is 125 μm. 比較例５による亜鉛−ヨウ化物シングルフロー電池のサイクル性能図である。正及び負電極側の電解質は、ＺｎＢｒ２：４Ｍ、ＮａＩ：８Ｍ、ＫＣｌ：１Ｍであり、多孔質膜の厚さは６５μｍである。It is a cycle performance diagram of the zinc-iodide single flow battery according to Comparative Example 5. The electrolytes on the positive and negative electrode sides are ZnBr 2 : 4M, NaI: 8M, and KCl: 1M, and the thickness of the porous membrane is 65 μm. 多孔質膜を用いた亜鉛−ヨウ化物デュアルフロー電池の構造図である。参照符号１は正及び負電極側の各ポンプを指し、参照符号２は正及び負電極側の各電解液貯蔵タンクを指し、参照符号３は正及び負電極側の各エンドプレートを指す。参照符号４は正及び負電極側の各集電体を指し、参照符号５は正及び負電極側の各フローフレームを指す。参照符号６は隔膜である。It is a structural drawing of the zinc-iodide dual flow battery using a porous membrane. Reference numeral 1 refers to each pump on the positive and negative electrode sides, reference numeral 2 refers to each electrolyte storage tank on the positive and negative electrode sides, and reference numeral 3 refers to each end plate on the positive and negative electrode sides. Reference numeral 4 refers to each current collector on the positive and negative electrode sides, and reference numeral 5 refers to each flow frame on the positive and negative electrode sides. Reference numeral 6 is a diaphragm. 実施例１による亜鉛−ヨウ化物デュアルフロー電池のシングル電池のサイクル性能図である。正及び負電極側の電解質はＺｎＢｒ２：２．５Ｍ、ＫＩ：５Ｍ、ＫＣｌ：１Ｍであり、多孔質膜の厚さは９００μｍである。It is a cycle performance diagram of the single battery of the zinc-iodide dual flow battery according to Example 1. The electrolytes on the positive and negative electrode sides are ZnBr 2 : 2.5M, KI: 5M, KCl: 1M, and the thickness of the porous membrane is 900 μm. 実施例２による亜鉛−ヨウ化物デュアルフロー電池のシングル電池のサイクル性能図である。正及び負電極側の電解質は、ＺｎＢｒ２：３Ｍ、ＫＩ：６Ｍ、ＫＣｌ：１Ｍであり、多孔質膜の厚さは９００μｍである。It is a cycle performance diagram of the single battery of the zinc-iodide dual flow battery according to Example 2. The electrolytes on the positive and negative electrode sides are ZnBr 2 : 3M, KI: 6M, KCl: 1M, and the thickness of the porous membrane is 900 μm. 実施例１による亜鉛−ヨウ化物デュアルフロー電池のシングルセルのエネルギー密度図である。正及び負電極側の電解質は、ＺｎＢｒ２：２．５Ｍ、ＫＩ：５Ｍ、ＫＣｌ：１Ｍであり、多孔質膜の厚さは９００μｍである。FIG. 5 is an energy density diagram of a single cell of a zinc-iodide dual flow battery according to Example 1. The electrolytes on the positive and negative electrode sides are ZnBr 2 : 2.5M, KI: 5M, KCl: 1M, and the thickness of the porous membrane is 900 μm. 実施例２による亜鉛−ヨウ化物デュアルフロー電池のシングル電池のエネルギー密度図である。正及び負電極側の電解質は、ＺｎＢｒ２：３Ｍ、ＫＩ：６Ｍ、ＫＣｌ：１Ｍであり、多孔質膜の厚さは９００μｍである。FIG. 5 is an energy density diagram of a single battery of a zinc-iodide dual flow battery according to Example 2. The electrolytes on the positive and negative electrode sides are ZnBr 2 : 3M, KI: 6M, KCl: 1M, and the thickness of the porous membrane is 900 μm. 実施例３による亜鉛−ヨウ化物デュアルフロー電池のシングル電池のサイクル性能図である。正及び負電極側の電解質は、ＺｎＢｒ２：２Ｍ、ＫＩ：４Ｍ、ＫＣｌ：１Ｍであり、多孔質隔膜の厚さは９００μｍである。It is a cycle performance diagram of the single battery of the zinc-iodide dual flow battery according to Example 3. The electrolytes on the positive and negative electrode sides are ZnBr 2 : 2M, KI: 4M, KCl: 1M, and the thickness of the porous diaphragm is 900 μm. 実施例４による亜鉛−ヨウ化物デュアルフロー電池のシングルセルのサイクル性能図である。正及び負電極側の電解質は、ＺｎＢｒ２：１Ｍ、ＫＩ：２Ｍ、ＫＣｌ：１Ｍであり、多孔質膜の厚さは９００μｍである。It is a cycle performance diagram of the single cell of the zinc-iodide dual flow battery according to Example 4. The electrolytes on the positive and negative electrode sides are ZnBr 2 : 1M, KI: 2M, and KCl: 1M, and the thickness of the porous membrane is 900 μm. 実施例６による亜鉛−ヨウ素デュアルフロー電池のシングル電池のサイクル性能図を示す。正及び負電極側の電解質は、ＺｎＢｒ２：３Ｍ、ＫＩ：６Ｍ、ＫＣｌ：１Ｍであり、多孔質膜の厚さは５００μｍである。The cycle performance diagram of the single battery of the zinc-iodine dual flow battery according to Example 6 is shown. The electrolytes on the positive and negative electrode sides are ZnBr 2 : 3M, KI: 6M, KCl: 1M, and the thickness of the porous membrane is 500 μm. 実施例１２による亜鉛−ヨウ化物デュアルフロー電池のシングル電池のサイクル性能図である。正及び負電極の電解質は、ＺｎＳＯ４：３Ｍ、ＫＩ：６Ｍ、ＫＣｌ：１Ｍであり、多孔質膜の厚さは９００μｍである。It is a cycle performance diagram of the single battery of the zinc-iodide dual flow battery according to Example 12. The electrolytes of the positive and negative electrodes are ZnSO 4 : 3M, KI: 6M, KCl: 1M, and the thickness of the porous membrane is 900 μm. 実施例１４による亜鉛−ヨウ化物デュアルフロー電池のシングル電池のサイクル性能図である。正及び負電極側の電解質は、ＺｎＢｒ２：３Ｍ、ＫＩ：６Ｍであり、多孔質膜の厚さは９００μｍである。It is a cycle performance diagram of the single battery of the zinc-iodide dual flow battery according to Example 14. The electrolytes on the positive and negative electrode sides are ZnBr 2 : 3M and KI: 6M, and the thickness of the porous membrane is 900 μm. 実施例４による亜鉛−ヨウ化物デュアルフロー電池の比率性能図である。本シングルセル電池の構造は、正及び電極側エンドプレート、正電極側集電体、正電極側フローフレーム、隔膜、負電極側フローフレーム、負電極側エンドプレートを順次含む。本電池内の電解質の組成は、２Ｍ ＫＩ、１Ｍ ＺｎＢｒ２、及び２Ｍ ＫＣｌであり、流量は１０ｍｌ／分であり、充電電流密度は６０〜１４０ｍＡ／ｃｍ２であり、本電池は容量と電圧の２重カットオフにより終了する。充電カットオフ時間は４５分で、電圧は１．５Ｖであり、放電カットオフ電圧は０．１Ｖである。It is a ratio performance figure of the zinc-iodide dual flow battery according to Example 4. The structure of this single cell battery includes positive and electrode side end plates, positive electrode side current collectors, positive electrode side flow frames, diaphragms, negative electrode side flow frames, and negative electrode side end plates in that order. The composition of the electrolyte in this battery is 2M KI, 1M ZnBr 2 , and 2M KCl, the flow rate is 10 ml / min, the charging current density is 60-140 mA / cm 2 , and this battery has a capacity and voltage. It ends with a double cutoff. The charge cutoff time is 45 minutes, the voltage is 1.5V, and the discharge cutoff voltage is 0.1V. 実施例４で組み立てられた亜鉛−ヨウ化物デュアルフロー電池の温度依存性の図である。電池の温度依存性テスト：本シングル電池の構造は、正電極側エンドプレート、正電極側集電体、正電極側フローフレーム、隔膜、負電極側フローフレーム、負電極側エンドプレートである。本電池内の電解質の組成は、２Ｍ ＫＩ、１Ｍ ＺｎＢｒ２、及び２Ｍ ＫＣｌで、流量は１０ｍｌ／分であり、充電電流密度は８０ｍＡ／ｃｍ２であり、本電池は容量と電圧の二重カットオフにより終了する。充電カットオフ時間は４５分で、電圧は１．５Ｖ、放電カットオフ電圧は０．１Ｖ、温度範囲は１０℃〜６５℃である。It is a figure of the temperature dependence of the zinc-iodide dual flow battery assembled in Example 4. Battery temperature dependence test: The structure of this single battery is a positive electrode side end plate, a positive electrode side current collector, a positive electrode side flow frame, a diaphragm, a negative electrode side flow frame, and a negative electrode side end plate. The composition of the electrolyte in this battery is 2M KI, 1M ZnBr 2 , and 2M KCl, the flow rate is 10 ml / min, the charging current density is 80 mA / cm 2 , and this battery has a double cut of capacity and voltage. It ends by turning off. The charge cutoff time is 45 minutes, the voltage is 1.5V, the discharge cutoff voltage is 0.1V, and the temperature range is 10 ° C to 65 ° C. 実施例２の単一の亜鉛−ヨウ化物デュアルフロー電池の電圧曲線の図である。本シングル電池の構造は、正電極側エンドプレート、正電極側集電体、正電極側フローフレーム、隔膜、負電極側フローフレーム、負電極側エンドプレートである。本電池内の電解質の組成は、６Ｍ ＫＩ、３Ｍ ＺｎＢｒ２、及び１Ｍ ＫＣｌであり、流量は１０ｍｌ／分であり、充電電流は８０ｍＡ／ｃｍ２であり、本電池は容量と電圧の二重カットオフにより終了する。充電カットオフ時間は４５分であり、電圧は１．５Ｖであり、放電カットオフ電圧は０．１Ｖである。本電池が短絡するまで１時間充電し、充電時間を４５分に減らして、電池サイクルを継続する。It is a figure of the voltage curve of the single zinc-iodide dual flow battery of Example 2. The structure of this single battery is a positive electrode side end plate, a positive electrode side current collector, a positive electrode side flow frame, a diaphragm, a negative electrode side flow frame, and a negative electrode side end plate. The composition of the electrolyte in this battery is 6M KI, 3M ZnBr 2 , and 1M KCl, the flow rate is 10 ml / min, the charging current is 80 mA / cm 2 , and this battery has a double cut of capacity and voltage. It ends by turning off. The charge cutoff time is 45 minutes, the voltage is 1.5V, and the discharge cutoff voltage is 0.1V. The battery is charged for 1 hour until the battery is short-circuited, the charging time is reduced to 45 minutes, and the battery cycle is continued. 実施例２による亜鉛−ヨウ化物デュアルフロー電池スタックの電圧曲線図である。本スタックの構造は、正電極側エンドプレート、集電体、フローフレーム付き正電極を各々備える９個の電池、隔膜、フローフレーム付き負電極、最後に、直列に接続された集電体と負電極側エンドプレートである。本電池の電解質組成は、６Ｍ ＫＩ、３Ｍ ＺｎＢｒ２、及び１Ｍ ＫＣｌであり、流量は１０ｍｌ／分である。充電電流密度は８０ｍＡ／ｃｍ２で、充電カットオフ電圧は１３Ｖで、放電カットオフ電圧は１Ｖである。本電池が短絡するまで１時間充電し、その後、本電池を継続的に評価するため、充電時間を４５分に減らす。FIG. 5 is a voltage curve diagram of a zinc-iodide dual flow battery stack according to Example 2. The structure of this stack consists of a positive electrode side end plate, a current collector, nine batteries each equipped with a positive electrode with a flow frame, a diaphragm, a negative electrode with a flow frame, and finally a current collector and a negative electrode connected in series. It is an electrode side end plate. The electrolyte composition of this battery is 6M KI, 3M ZnBr 2 , and 1M KCl, and the flow rate is 10 ml / min. The charge current density is 80 mA / cm 2 , the charge cutoff voltage is 13 V, and the discharge cutoff voltage is 1 V. The battery is charged for 1 hour until it is short-circuited, after which the charging time is reduced to 45 minutes in order to continuously evaluate the battery. 実施例２による亜鉛−ヨウ化物デュアルフロー電池スタックのサイクル性能図である。本スタックは、直列に接続された９個のシングル電池で組み立てられている。It is a cycle performance diagram of the zinc-iodide dual flow battery stack according to Example 2. The stack is assembled from nine single batteries connected in series. 比較例１によるシングルセルの亜鉛−ヨウ化物デュアルフロー電池のサイクル性能図である。正及び負電極側の電解質は、ＺｎＢｒ２：２．５Ｍ、：ＫＩ：５Ｍ、ＫＣｌ：１Ｍであり、ナフィオン１１５隔膜は１２５μｍの厚さである。FIG. 5 is a cycle performance diagram of a single-cell zinc-iodide dual flow battery according to Comparative Example 1. The electrolytes on the positive and negative electrode sides are ZnBr 2 : 2.5M,: KI: 5M, KCl: 1M, and the Nafion 115 diaphragm has a thickness of 125 μm. 比較例４による単一の亜鉛−ヨウ化物デュアルフロー電池のサイクル性能図である。正と負電極側の電解質は、ＺｎＩ２：３Ｍで、多孔質膜の厚さは９００μｍである。It is a cycle performance diagram of a single zinc-iodide dual flow battery according to Comparative Example 4. The electrolyte on the positive and negative electrode sides is ZnI 2 : 3M, and the thickness of the porous membrane is 900 μm. 比較例５による単一亜鉛−ヨウ化物デュアルフロー電池のサイクル性能図である。正及び負電極側の電解質は、ＺｎＩ２：３Ｍ、ＫＩ：５Ｍ、ＫＣｌ：１Ｍであり、多孔質膜は６５μｍの厚さである。FIG. 5 is a cycle performance diagram of a single zinc-iodide dual flow battery according to Comparative Example 5. The electrolytes on the positive and negative electrode sides are ZnI 2 : 3M, KI: 5M, and KCl: 1M, and the porous membrane has a thickness of 65 μm. 好ましい実施例１によるシングルセルの亜鉛−ヨウ化物シングルフロー電池のサイクル性能図である。正及び負電極側の電解質は、ＺｎＢｒ２：４Ｍ、ＫＩ：８Ｍ、ＫＣｌ：１Ｍであり、複合膜は７μｍのナフィオン樹脂被膜を施したＰＥ多孔質基板である。FIG. 5 is a cycle performance diagram of a single-cell zinc-iodide single-flow battery according to Preferred Example 1. The electrolytes on the positive and negative electrode sides are ZnBr 2 : 4M, KI: 8M, and KCl: 1M, and the composite film is a PE porous substrate coated with a 7 μm nafion resin film. 好ましい実施例１による亜鉛−ヨウ化物シングルフロー電池のエネルギー密度図である。正及び負電極側の電解質は、ＺｎＢｒ２：４Ｍ、ＫＩ：８Ｍ、ＫＣｌ：１Ｍであり、複合膜は７μｍのナフィオン樹脂被膜を施したＰＥ多孔質基板である。FIG. 5 is an energy density diagram of a zinc-iodide single flow battery according to Preferred Example 1. The electrolytes on the positive and negative electrode sides are ZnBr 2 : 4M, KI: 8M, and KCl: 1M, and the composite film is a PE porous substrate coated with a 7 μm nafion resin film. 好ましい実施例２による亜鉛−ヨウ化物シングルフロー電池のサイクル性能図である。正及び負電極側の電解質は、ＺｎＢｒ２：４Ｍ、ＫＩ：８Ｍ、ＫＣｌ：１Ｍであり、複合膜は７μｍのナフィオン樹脂被膜を施したＰＥ多孔質基板である。It is a cycle performance diagram of the zinc-iodide single flow battery according to preferred Example 2. The electrolytes on the positive and negative electrode sides are ZnBr 2 : 4M, KI: 8M, and KCl: 1M, and the composite film is a PE porous substrate coated with a 7 μm nafion resin film.

亜鉛−ヨウ化物デュアルフロー電池とシングルフロー電池の評価：シングル電池の構造は、順番に、正電極側プレート、集電体、フローフレーム付きカーボンフェルト正電極、隔膜、フローフレーム付きカーボンフェルト負電極、及び負電極側エンドプレートである。電池内の電解液の流量は１０ｍｌ／分、充電電流密度は８０ｍＡ／ｃｍ２であった。電池は、容量と電圧の二重カットオフで停止させられた。充電時間は４５分、電圧は１．５Ｖ、放電カットオフ電圧は０．１Ｖであった。

Evaluation of Zinc-Iodide Dual Flow Battery and Single Flow Battery: The structure of the single battery is, in order, positive electrode side plate, current collector, carbon felt positive electrode with flow frame, diaphragm, carbon felt negative electrode with flow frame, And the negative electrode side end plate. The flow rate of the electrolytic solution in the battery was 10 ml / min, and the charging current density was 80 mA / cm 2 . The battery was stopped with a double cutoff of capacity and voltage. The charging time was 45 minutes, the voltage was 1.5V, and the discharge cutoff voltage was 0.1V.

図２及び図３は、最も好ましい条件下での電池のサイクル性能とエネルギー密度のグラフである。電解質としてＫＩ／ＺｎＢｒ２を使用すると、多孔質膜を組み込まれた電池は優れたサイクル安定性を実現した。一方、多孔質膜の適用はイオン伝導性を大幅に改善した。電池の動作電流密度は、高出力密度で８０ｍＡ／ｃｍ２に達しうる。同時に、電解質中のＫＩの濃度は、約８Ｍに達する可能性があり、エネルギー密度は９０Ｗｈ／Ｌを超える。 2 and 3 are graphs of battery cycle performance and energy density under the most favorable conditions. When KI / ZnBr 2 was used as the electrolyte, the battery with the porous membrane achieved excellent cycle stability. On the other hand, the application of the porous membrane significantly improved the ionic conductivity. The operating current density of the battery can reach 80 mA / cm 2 at high output densities. At the same time, the concentration of KI in the electrolyte can reach about 8M and the energy density exceeds 90Wh / L.

最も好ましい例と比較して、図４における電池は、はるかに薄い多孔質膜（５００μｍ）を採用しており、電池のクーロン効率は電解質クロスオーバーの増加により低下する。図５における電解液は、ＺｎＢｒ２ではなくＺｎＣｌ２を使用しており、性能は大幅に低下し、安定性も低下している。これは電解液の不安定性によるものである。充電中、正電極に形成されたＩ２析出及び負電極側電解液におけるＺｎＣｌ２は、加水分解して沈殿する。図６において、ＮａＩがＫＩに置き換えられたとき、電池効率は低下した。特に、電圧効率の低下は、主に電解液の導電率の低下によって引き起こされ、それは、図７における電池のエネルギー密度をさらに低下させた。 Compared to the most preferred example, the battery in FIG. 4 employs a much thinner porous membrane (500 μm), and the Coulombic efficiency of the battery is reduced by increased electrolyte crossover. The electrolytic solution in FIG. 5 uses ZnCl 2 instead of ZnBr 2 , and the performance is significantly reduced and the stability is also reduced. This is due to the instability of the electrolyte. During charging, I 2 precipitation formed on the positive electrode and ZnCl 2 in the negative electrode side electrolytic solution are hydrolyzed and precipitated. In FIG. 6, battery efficiency decreased when NaI was replaced by KI. In particular, the decrease in voltage efficiency was mainly caused by the decrease in the conductivity of the electrolyte, which further reduced the energy density of the battery in FIG.

図８〜１０は比較実験である。図８は、電池の電解質としてＺｎＩ２を採用している。効率の低下は、主としてＺｎＩ２溶液のイオン伝導率の低下が原因であった。さらに、電池性能は、電解質の析出により不安定になる。図９は、電池アセンブリにナフィオン（Nafion（商標））１１５膜を採用している。充放電プロセス中に、深刻な隔膜ファウリング（付着）が隔膜面上に発生し、これは、電池の分極を強め、且つ電池の性能を低下させた。図１０では、はるかに薄い多孔質膜を使用しており、電解質の交差汚染が大幅に増大し、電池の効率、特にクーロン効率が大幅に低下した。 8 to 10 are comparative experiments. In FIG. 8, ZnI 2 is used as the electrolyte of the battery. The decrease in efficiency was mainly due to the decrease in ionic conductivity of the ZnI 2 solution. In addition, battery performance becomes unstable due to electrolyte precipitation. In FIG. 9, a Nafion (trademark) 115 film is used for the battery assembly. During the charge / discharge process, severe diaphragm fouling (adhesion) occurred on the diaphragm surface, which increased the polarization of the battery and reduced the performance of the battery. In FIG. 10, a much thinner porous membrane was used, which significantly increased cross-contamination of the electrolyte and significantly reduced battery efficiency, especially Coulomb efficiency.

好ましい実施例では、隔膜としてナフィオン被覆された複合膜を使用した。図２９は、厚さ９００μｍの複合膜を使用した電池の性能を示している。電解液はＫＩとＺｎＢｒ２の混合溶液とした。ナフィオン被覆のドナン排除（Donnan exclusion）により、電池のクーロン効率が大幅に改善された。さらに、電池はより薄い複合膜（５００μｍ）を使用しており、電池のクーロン効率はわずかに低下した。 In a preferred embodiment, a nafion-coated composite membrane was used as the diaphragm. FIG. 29 shows the performance of a battery using a composite film having a thickness of 900 μm. The electrolytic solution was a mixed solution of KI and ZnBr 2 . The Nafion-coated Gibbs-Donnan exclusion significantly improved the Coulombic efficiency of the battery. In addition, the battery used a thinner composite membrane (500 μm), which slightly reduced the Coulombic efficiency of the battery.

亜鉛−ヨウ化物デュアルフロー電池及びシングルフロー電池の評価：シングル電池の構造は、正電極側プレート、集電体、フローフレーム付きカーボンフェルト正電極、隔膜、及びフローフレーム付き電池、フローフレーム付きカーボンフェルト負電極、及び負電極側エンドプレートを順に含んでいる。電池内の電解液の流量は１０ｍｌ／分であり、電池は容量と電圧の二重カットオフによって終了された。充電カットオフ時間は４５分、電圧は１．５Ｖであり、放電カットオフ電圧は０．１Ｖであった。

Evaluation of zinc-iodide dual-flow battery and single-flow battery: The structure of the single battery is positive electrode side plate, current collector, carbon felt with flow frame, positive electrode, diaphragm, and battery with flow frame, carbon felt with flow frame. The negative electrode and the negative electrode side end plate are included in this order. The flow rate of the electrolyte in the battery was 10 ml / min and the battery was terminated with a double capacity and voltage cutoff. The charge cutoff time was 45 minutes, the voltage was 1.5V, and the discharge cutoff voltage was 0.1V.

図１１〜１７は、活物質としてＺｎＢｒ２及びＫＩを、支持電解質としてＫＣｌを用いた、９００μｍの多孔質膜を備えた亜鉛−ヨウ化物デュアルフロー電池を示している。この電池は、８０ｍＡ／ｃｍ２で、１０００サイクルを超えて連続して安定的に稼働できる。とりわけ、エネルギー効率は８０％を超え、エネルギー密度は８０Ｗｈ／Ｌを超える。上記システムの利点には以下のものが含まれる。Ｂｒ−のＺｎＢｒ２への導入により、Ｉ２Ｂｒ−の錯化剤が形成され、それによりＩ２の沈殿が抑制される。従来のＺｎＩ２のＫＩでの置き換えにより、充放電プロセス中に酸化亜鉛と水酸化物の形成を回避できる。多孔質膜の採用は、中性イオンの伝導を促進し、この電池の動作電流密度及び出力密度を向上させる。さらに、隔膜にイオン交換基が存在しないことで、隔膜の汚れの問題が大幅に軽減され、この電池のサイクル安定性が向上する。 FIGS. 11 to 17 show a zinc-iodide dual flow battery having a 900 μm porous membrane using ZnBr 2 and KI as active materials and KCl as a supporting electrolyte. This battery can operate continuously and stably for more than 1000 cycles at 80 mA / cm 2 . In particular, the energy efficiency exceeds 80% and the energy density exceeds 80 Wh / L. The advantages of the above system include: The introduction of Br − into ZnBr 2 forms a complexing agent for I 2 Br − , which suppresses the precipitation of I 2 . By replacing conventional ZnI 2 with KI, the formation of zinc oxide and hydroxide during the charge / discharge process can be avoided. The adoption of a porous membrane promotes the conduction of neutral ions and improves the operating current density and output density of this battery. In addition, the absence of ion exchange groups in the diaphragm significantly reduces the problem of dirt on the diaphragm and improves the cycle stability of the battery.

最も好ましい実施例との比較：図１８はより薄い多孔質膜を採用しているため、性能、特にクーロン効率の低下をもたらす。これは主に、より深刻な相互汚染を引き起こす薄い隔膜の採用によるものである。図１９において、ＺｎＢｒ２がＺｎＳＯ４に置き換えられ且つこの電池の電圧効率が大きく低下し、このことは硫化イオンが電解液の電気化学反応に影響を与えたことを示している。図２０において、支持電解質が除去された場合、電池の電圧効率がわずかに低下した。 Comparison with Most Preferred Examples: FIG. 18 employs a thinner porous membrane, resulting in reduced performance, especially Coulomb efficiency. This is mainly due to the adoption of thin diaphragms that cause more serious mutual contamination. In FIG. 19, ZnBr 2 was replaced with ZnSO 4 , and the voltage efficiency of this battery was greatly reduced, indicating that the sulfide ions affected the electrochemical reaction of the electrolytic solution. In FIG. 20, when the supporting electrolyte was removed, the voltage efficiency of the battery was slightly reduced.

図２１〜２５は、好ましい条件下で、電池が優れたレート性能と温度依存性能を示したことを表している。さらに、多孔質膜は、細孔構造が酸化Ｉ３ −（これは亜鉛デンドライトと反応しうる）で満たされているので、負電極に形成された亜鉛デンドライト（樹枝状結晶）を排除できる。したがって、シングル電池及び電池スタックは、微小な短絡が発生した後に自己回復でき、電池の安定性を大幅に向上させる。最も重要なのは、電池スタックが、８０ｍＡ／ｃｍ２で３００サイクルを超えて安定して継続的に動作できることである。 Figures 21-25 show that the batteries exhibited excellent rate performance and temperature-dependent performance under favorable conditions. Further, the porous membrane, the pore structure is oxidized I 3 - (which can react with the zinc dendrite) because it is filled with, can be eliminated zinc dendrites formed on the negative electrode (dendrites). Therefore, the single battery and the battery stack can self-recover after a small short circuit occurs, which greatly improves the stability of the battery. Most importantly, the battery stack can operate stably and continuously for more than 300 cycles at 80 mA / cm 2 .

好ましい実施例との比較：図２６の電池については、ナフィオン１１５膜が用いられた。膜の導電率が低いために、電池の電圧効率は最適な実施例よりも低くなったが、ナフィオン１１５膜の採用によりクロスオーバーの問題を大きく減らし、電池のクーロン効率を大きく改善した。しかし、この電池の性能は１５サイクル後に急激に低下した。これは、Ｉ２とＺｎデンドライトによるナフィオン１１５膜の深刻な隔膜ファウリング（付着）によるもので、膜抵抗が大幅に増加し、分極が強化された。図２７は、電解質としてＺｎＩ２を使用しており、電池性能は著しく低下した。これは、正及び負電極側電解液の不安定性が原因であった。正電極側電解液は充電プロセス中にＩ２沈殿物を形成し、負電極側電解液は酸化亜鉛と水酸化物を形成した。図２８は、はるかに薄い多孔質膜を使用し、電解液の相互汚染が激化し、電池のクーロン効率が大幅に低下した。 Comparison with Preferred Examples: For the battery of FIG. 26, a Nafion 115 membrane was used. Due to the low conductivity of the membrane, the voltage efficiency of the battery was lower than in the optimal embodiment, but the adoption of the Nafion 115 membrane greatly reduced the crossover problem and greatly improved the Coulomb efficiency of the battery. However, the performance of this battery dropped sharply after 15 cycles. This was due to severe diaphragmatic fouling of the Nafion 115 membrane by I 2 and Zn dendrites, which significantly increased membrane resistance and enhanced polarization. In FIG. 27, ZnI 2 was used as the electrolyte, and the battery performance was significantly deteriorated. This was due to the instability of the positive and negative electrode side electrolytes. The positive electrode side electrolyte formed an I 2 precipitate during the charging process, and the negative electrode side electrolyte formed zinc oxide and hydroxide. In FIG. 28, a much thinner porous membrane was used, the mutual contamination of the electrolytes was intensified, and the Coulomb efficiency of the battery was significantly reduced.

Claims (8)

亜鉛−ヨウ化物シングルフロー電池又は亜鉛−ヨウ化物デュアルフロー電池に関連する亜鉛−ヨウ化物フロー電池であって、
前記シングルフロー電池は、負電極側電解液貯蔵タンクを備え、亜鉛−ヨウ化物シングルフロー電池は、シングル電池、又は直列に接続された３以上のシングル電池の回路に組み立てられたセルスタックを含み、
前記シングル電池は、正電極側エンドプレート、正電極側集電体、フローフレームを備えた正電極、隔膜、フローフレームを備えた負電極、負電極側集電体、及び負電極側エンドプレートを含み、
前記負電極側電解液貯蔵タンク内の電解液は、負電極側キャビティと前記負電極側電解液貯蔵タンクとの間で、ポンプによって循環させられ、ここで、前記隔膜と前記負電極側集電体との間のキャビティが前記負電極側キャビティと称され、前記負電極側キャビティには負電極側入口と負電極側出口が設けられており、
前記負電極側電解液貯蔵タンクは、前記負電極側入口及び出口に、それぞれ配管の負電極側入口及び出口を介して接続されており、
それと共に、前記配管の前記負電極側入口及び出口には、正電極側電解液の循環のための分岐がそれぞれ設けられており、
前記隔膜と前記正電極側集電体との間のキャビティは、正電極側キャビティと称され、前記正電極側キャビティには、正電極側入口と正電極側出口が設けられ、
前記配管の負電極側入口の分岐は、前記正電極側キャビティの前記正電極側入口に接続され、且つ前記配管の前記負電極側出口の分岐は前記正電極側キャビティの前記正電極側出口に接続されており、
前記デュアルフロー電池は、シングル電池、又は直列に接続された３以上のシングル電池の回路に組み立てられたスタックで構成され、
前記シングル電池は、正電極側エンドプレート、集電体、フローフレームを備えた正電極、隔膜、フローフレームを備えた負電極、集電体、及び負電極側エンドプレートを含み、
前記正電極側電解液貯蔵タンク内の前記正電極側電解液は、前記配管とポンプとによって前記正電極を通って流れ、
前記負電極側電解液貯蔵タンク内の前記負電極側電解液は、前記配管とポンプとによって前記負電極を通って流れ、
前記正電極側電解液と前記負電極側電解液とは同じであり、ヨウ化塩と亜鉛塩の混合水溶液であり、
前記隔膜は、イオン交換基を有さない多孔質膜又は複合膜である、
上記亜鉛−ヨウ化物フロー電池。 A zinc-iodide flow battery associated with a zinc-iodide single flow battery or a zinc-iodide dual flow battery.
The single flow battery comprises a negative electrode side electrolyte storage tank, and the zinc-iodide single flow battery comprises a single battery or a cell stack assembled in a circuit of three or more single batteries connected in series.
The single battery includes a positive electrode side end plate, a positive electrode side current collector, a positive electrode having a flow frame, a diaphragm, a negative electrode having a flow frame, a negative electrode side current collector, and a negative electrode side end plate. Including
The electrolytic solution in the negative electrode side electrolytic solution storage tank is circulated by a pump between the negative electrode side cavity and the negative electrode side electrolytic solution storage tank, where the diaphragm and the negative electrode side current collection. The cavity between the body and the body is referred to as the negative electrode side cavity, and the negative electrode side cavity is provided with a negative electrode side inlet and a negative electrode side outlet.
The negative electrode side electrolyte storage tank is connected to the negative electrode side inlet and outlet via the negative electrode side inlet and outlet of the pipe, respectively.
At the same time, branches for circulation of the positive electrode side electrolytic solution are provided at the negative electrode side inlet and outlet of the pipe, respectively.
The cavity between the diaphragm and the positive electrode side current collector is referred to as a positive electrode side cavity, and the positive electrode side cavity is provided with a positive electrode side inlet and a positive electrode side outlet.
The branch of the negative electrode side inlet of the pipe is connected to the positive electrode side inlet of the positive electrode side cavity, and the branch of the negative electrode side outlet of the pipe is connected to the positive electrode side outlet of the positive electrode side cavity. Connected and
The dual flow battery is composed of a single battery or a stack assembled in a circuit of three or more single batteries connected in series.
The single battery includes a positive electrode side end plate, a current collector, a positive electrode having a flow frame, a diaphragm, a negative electrode having a flow frame, a current collector, and a negative electrode side end plate.
The positive electrode side electrolytic solution in the positive electrode side electrolytic solution storage tank flows through the positive electrode by the pipe and the pump.
The negative electrode side electrolytic solution in the negative electrode side electrolytic solution storage tank flows through the negative electrode by the pipe and the pump.
The positive electrode side electrolytic solution and the negative electrode side electrolytic solution are the same, and are a mixed aqueous solution of an iodide salt and a zinc salt.
The diaphragm is a porous membrane or a composite membrane having no ion exchange group.
The zinc-iodide flow battery. 前記シングルフロー電池及び前記デュアルフロー電池の前記隔膜は、両方ともイオン交換基を有さない多孔質膜又は複合膜である、請求項１に記載の亜鉛−ヨウ化物フロー電池。 The zinc-iodide flow battery according to claim 1, wherein the diaphragms of the single flow battery and the dual flow battery are both porous membranes or composite membranes having no ion exchange group. 前記ヨウ化塩がＣａＩ２、ＭｇＩ２、ＫＩ、及びＮａＩのうちの１以上であり、且つ前記電解液中の前記ヨウ化塩のモル濃度が２〜８ mol／Ｌであり、
前記亜鉛塩は、ＺｎＮＯ３、ＺｎＢｒ２、ＺｎＳＯ４、及びＺｎＣｌ２のうちの１以上であり、前記電解液中の前記亜鉛塩のモル濃度が１〜４ mol／Ｌであり、
前記電解液中のヨウ化物と亜鉛のモル比は、好ましくは２：１、である、ここで、亜鉛塩は、好ましくはＺｎＢｒ２、であり、ヨウ化塩は、好ましくはＫＩ、である、
請求項１に記載の亜鉛−ヨウ化物フロー電池。 The iodide salt is one or more of CaI 2 , MgI 2 , KI, and NaI, and the molar concentration of the iodide salt in the electrolytic solution is 2 to 8 mol / L.
The zinc salt is one or more of ZnNO 3 , ZnBr 2 , ZnSO 4 , and ZnCl 2 , and the molar concentration of the zinc salt in the electrolytic solution is 1 to 4 mol / L.
The molar ratio of iodide to zinc in the electrolytic solution is preferably 2: 1, where the zinc salt is preferably ZnBr 2 and the iodide salt is preferably KI.
The zinc-iodide flow battery according to claim 1. 前記電解質溶液は支持電解質を含み、且つシングルフロー電池の前記支持電解質はＫＣｌ、ＫＢｒ、及びＮａＣｌのうちの１以上であり、
デュアルフロー電池の前記電解質は、ＫＣｌ、Ｋ２ＳＯ４、ＫＢｒのうちの1以上であり、
この濃度は１〜２ mol／Ｌであり、且つ前記支持電解質は、好ましくはＫＣｌ、である、
請求項１又は３に記載の亜鉛−ヨウ化物フロー電池。 The electrolyte solution contains a supporting electrolyte, and the supporting electrolyte of the single flow battery is one or more of KCl, KBr, and NaCl.
The electrolyte of the dual flow cell is in KCl, K 2 SO 4, KBr 1 or more of,
This concentration is 1-2 mol / L, and the supporting electrolyte is preferably KCl.
The zinc-iodide flow battery according to claim 1 or 3. 前記隔膜は、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリスルホン（ＰＳ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、及びポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）のうちの１以上を含んでいる、イオン交換基を有さない多孔質膜であり、
前記隔膜は多孔質膜であり、且つシングルフロー電池の厚さは１００〜１０００μｍであり、
前記デュアルフロー電池に使用される隔膜の厚さは、１５０〜１０００μｍ、好ましくは５００〜１０００μｍ、であり、
前記多孔質膜の材料は、好ましくはＰＥ、ＰＰ、であり、孔径は１〜１０ｎｍであり、且つ多孔度は２０％〜７０％である、
請求項１又は２に記載の亜鉛−ヨウ化物フロー電池。 The diaphragm comprises one or more of polyethersulfone (PES), polyethylene (PE), polypropylene (PP), polysulfone (PS), polyetherimide (PEI), and polyvinylidene fluoride (PVDF). It is a porous film that does not have an ion exchange group.
The diaphragm is a porous membrane, and the thickness of the single flow battery is 100 to 1000 μm.
The thickness of the diaphragm used in the dual flow battery is 150 to 1000 μm, preferably 500 to 1000 μm.
The material of the porous membrane is preferably PE or PP, the pore diameter is 1 to 10 nm, and the porosity is 20% to 70%.
The zinc-iodide flow battery according to claim 1 or 2. 前記複合膜は、その表面に緻密なポリマー層で被覆されたイオン交換基を有さない多孔質膜であり、ポリマー層の材料は、ポリベンゾイミダゾール（ＰＢＩ）、ナフィオン樹脂、及びポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）のうちの１以上、好ましくはナフィオン樹脂、であり、被覆の厚さは１〜１０μｍである、請求項１又は２に記載の亜鉛−ヨウ化物フロー電池。 The composite membrane is a porous membrane having no ion exchange group whose surface is coated with a dense polymer layer, and the materials of the polymer layer are polybenzoimidazole (PBI), naphthion resin, and polytetrafluoroethylene. The zinc-iodide flow battery according to claim 1 or 2, wherein one or more of (PTFE), preferably a naphthion resin, has a coating thickness of 1 to 10 μm. 充電中、前記正電極側電解液中のＩ−が酸化反応を受けて、Ｉ３ −及びＩ２のうちの１つ以上、好ましくはＩ２、を生成し、前記負電極上でＺｎ２＋は還元反応を受けて、Ｚｎを形成し、
放電中、Ｉ３ −又はＩ２は還元反応を受けて前記正電極でＩ−を生成し、Ｚｎは酸化反応を受けてＺｎ２＋を生成する、
ことを特徴とする、請求項１に記載の亜鉛−ヨウ化物フロー電池。 During charging, I − in the positive electrode side electrolytic solution undergoes an oxidation reaction to generate one or more of I 3 − and I 2 , preferably I 2 , and Zn 2+ is reduced on the negative electrode. In response to the reaction, Zn is formed,
During discharge, I 3 - or I 2 to I in the positive electrode undergo a reduction reaction - generate, Zn produces a Zn 2+ undergo an oxidation reaction,
The zinc-iodide flow battery according to claim 1. 前記電極の材料が、カーボンフェルト、グラファイトプレート、金属プレート、又はカーボンクロスのうちの１つ、好ましくはカーボンフェルト、である、請求項１に記載の亜鉛−ヨウ化物フロー電池。 The zinc-iodide flow battery according to claim 1, wherein the material of the electrode is one of carbon felt, graphite plate, metal plate, or carbon cloth, preferably carbon felt.
JP2020524473A 2017-11-08 2018-10-30 Zinc-iodide flow battery Active JP7035181B2 (en)

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201711090856.2A CN109755620B (en) 2017-11-08 2017-11-08 Zinc-iodine flow battery
CN201711091359.4 2017-11-08
CN201711091359.4A CN109755604B (en) 2017-11-08 2017-11-08 Neutral zinc-iodine flow battery
CN201711090856.2 2017-11-08
PCT/CN2018/112535 WO2019091304A1 (en) 2017-11-08 2018-10-30 Zinc-iodine flow battery

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2021502667A true JP2021502667A (en) 2021-01-28
JP7035181B2 JP7035181B2 (en) 2022-03-14

Family

ID=66437589

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2020524473A Active JP7035181B2 (en) 2017-11-08 2018-10-30 Zinc-iodide flow battery

Country Status (5)

Country Link
US (1) US11605824B2 (en)
EP (1) EP3709421A4 (en)
JP (1) JP7035181B2 (en)
AU (1) AU2018364032B2 (en)
WO (1) WO2019091304A1 (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114605698B (en) * 2020-12-08 2022-11-15 中国科学院大连化学物理研究所 Independently-controllable MOF composite membrane and preparation and application thereof
CN114665135B (en) * 2022-01-30 2023-05-26 电子科技大学 High-voltage-efficiency flow battery system

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20150147673A1 (en) * 2013-11-25 2015-05-28 Battelle Memorial Institute High-Energy-Density, Aqueous, Metal-Polyiodide Redox Flow Batteries
WO2018207367A1 (en) * 2017-05-12 2018-11-15 日立化成株式会社 Aqueous solution secondary battery, charge-discharge method for aqueous solution secondary battery, electrolytic solution for use in aqueous solution secondary battery, flow battery system and power-generation system
JP2019053869A (en) * 2017-09-14 2019-04-04 日立化成株式会社 Secondary battery, electrolyte for the same, and method for producing the same

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8415074B2 (en) * 2007-09-04 2013-04-09 Kabushiki Kaisha Toyota Chuo Kenkyusho Nonaqueous electrolyte battery
CN102479968B (en) 2010-11-29 2014-06-11 中国科学院大连化学物理研究所 Zinc / polyhalide energy storage cell
CN105742656B (en) * 2014-12-11 2018-10-02 中国科学院大连化学物理研究所 A kind of zinc iodine solution galvanic battery
ES2837255T3 (en) * 2015-04-14 2021-06-29 Lockheed Martin Energy Llc Flow battery balance cells that have a bipolar membrane for simultaneous modification of a negative electrolyte solution and a positive electrolyte solution
KR101719685B1 (en) * 2015-08-12 2017-03-24 롯데케미칼 주식회사 Method for charge and discharge of redox flow battery
WO2018016595A1 (en) 2016-07-21 2018-01-25 日立化成株式会社 Aqueous electrolytic solution, storage battery, storage battery system, and power generation system
CN206022528U (en) * 2016-09-21 2017-03-15 中国科学院大连化学物理研究所 A kind of zinc bromine single flow battery structure
CN206066528U (en) 2016-10-13 2017-04-05 青岛鑫泉塑料机械有限公司 A kind of plastic plate transverse cutting machine

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20150147673A1 (en) * 2013-11-25 2015-05-28 Battelle Memorial Institute High-Energy-Density, Aqueous, Metal-Polyiodide Redox Flow Batteries
WO2018207367A1 (en) * 2017-05-12 2018-11-15 日立化成株式会社 Aqueous solution secondary battery, charge-discharge method for aqueous solution secondary battery, electrolytic solution for use in aqueous solution secondary battery, flow battery system and power-generation system
JP2019053869A (en) * 2017-09-14 2019-04-04 日立化成株式会社 Secondary battery, electrolyte for the same, and method for producing the same

Also Published As

Publication number Publication date
AU2018364032B2 (en) 2021-08-12
EP3709421A4 (en) 2021-09-15
EP3709421A1 (en) 2020-09-16
JP7035181B2 (en) 2022-03-14
US11605824B2 (en) 2023-03-14
WO2019091304A1 (en) 2019-05-16
US20210184233A1 (en) 2021-06-17
AU2018364032A1 (en) 2020-05-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Zhang et al. An all-aqueous redox flow battery with unprecedented energy density
CN109755604B (en) Neutral zinc-iodine flow battery
WO2018103517A1 (en) Alkaline zinc-iron flow battery
CN111244518B (en) Water system neutral organic flow battery
WO2018103518A1 (en) Neutral zinc-iron flow battery
CN111354965B (en) Preparation method of large-scale energy storage low-cost neutral flow battery
WO2016078491A1 (en) Zinc-bromine flow battery having extended service life
US11837767B2 (en) Electrolyte compositions for redox flow batteries
CN106549179B (en) A kind of organic system lithium quinone flow battery
JP7035181B2 (en) Zinc-iodide flow battery
JP6247778B2 (en) Quinone polyhalide flow battery
CN109755620B (en) Zinc-iodine flow battery
CN111193033B (en) Alkaline zinc-iron single flow battery
WO2022007440A1 (en) Neutral zinc iron flow battery and use thereof
CN109786799B (en) Zinc-nickel flow battery
KR20160091154A (en) Vanadium Redox flow battery comprising sulfonated polyetheretherketone membrane
JP7069224B2 (en) Ion exchange separation membrane and flow battery containing it
CN110071317A (en) A kind of tin bromine flow battery
CN104716373A (en) Flow battery with negative electrode of titanium pair
WO2023103312A1 (en) Amine-bromine two-electron electrolyte of flow battery and use thereof, and flow battery
US11955678B2 (en) Method to improved redox flow battery performance
CN106129443A (en) A kind of novel keggin type cobalt wolframic acid flow battery
US20200067121A1 (en) A reduction-oxidation flow battery
CN118016948A (en) Multi-active-substance electrolyte and flow battery comprising same
CN116264300A (en) Cadmium-bromine-manganese single flow battery

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20200701

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20210623

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20210629

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20210929

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20220201

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20220302

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7035181

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150